(57)【要約】【課題】電動モータや減速機構などで生じる作動振動がコントロールユニットに伝播されても、該作動振動によるコントロールユニットの共振を十分に抑制することができる制振構造を備えた電動パワーステアリング装置を提供することにある。【解決手段】ステアリングホイールに連結されたステアリングシャフトに対して操舵補助力を付与する電動モータと、該電動モータの駆動を制御するコントロールユニットとを備えた電動パワーステアリング装置であって、前記コントロールユニットの筐体は、前記電動モータの駆動を制御する回路基板を実装したベース部材と、該ベース部材の開口を被覆するように取り付けられたカバー部材とからなり、前記カバー部材は、該カバー部材の振動を制御する圧電素子部を備えている。【選択図】図２
2010254074.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステアリングホイールに連結されたステアリングシャフトに対して操舵補助力を付与する電動モータと、該電動モータの駆動を制御するコントロールユニットと
を備えた電動パワーステアリング装置であって、
前記コントロールユニットの筐体は、前記電動モータの駆動を制御する回路基板を実装したベース部材と、該ベース部材の開口を被覆するように取り付けられたカバー部材と
からなり、
前記カバー部材は、該カバー部材の振動を制御する圧電素子部を備えていることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
【請求項２】
前記圧電素子部は、少なくとも１つのアクチュエータとして機能する圧電素子を有し、
前記圧電素子は、前記電動モータの回転数とトルクから算出した加振周波数と電圧に基づいて、振動を抑制するように駆動される請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。
【請求項３】
前記圧電素子部は、センサとして機能する第１の圧電素子と、アクチュエータとして機能する第２の圧電素子を有し、
前記第２の圧電素子は、前記第１の圧電素子が検出した振動を抑制するように駆動される請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。
【請求項４】
前記圧電素子部は、ねじ締結または接着剤による固定手段によって、前記カバー部材に固定された請求項１〜３のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。
【請求項５】
前記カバー部材は、ねじ締結または接着剤による固定手段によって、前記回路基板に固定された請求項１〜４のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。
【請求項６】
前記圧電素子部を前記カバー部材との間で挟み込む押圧部材を備え、
前記押圧部材は、ねじ締結または接着剤による固定手段によって、前記ベース部材に固定された請求項１〜４のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。
【請求項７】
前記圧電素子部は、固有値解析結果のモード形状の腹に配置される請求項１〜６のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、操舵補助トルクの発生源として電動モータを用いた電動パワーステアリング装置に関し、より詳細には、電動モータの駆動を制御するコントロールユニット（ＥＣＵ）に施される制振対策構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の車両の多くには、電動モータの駆動力を減速機構を介してステアリングシャフトに伝達することにより、運転者による操舵を補助する電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）が装備されている。この電動パワーステアリング装置では、トルクセンサによって検出された操舵トルク信号がコントロールユニット（ＥＣＵ）に入力され、該コントロールユニットが操舵トルク信号に基づいて電動モータに供給される駆動電流を制御することにより、電動モータの駆動を制御している。
【０００３】
一般的に、この電動モータとコントロールユニットは、車両のエンジンルーム内に搭載され、ハーネスなどを介してそれぞれ接続されている。図９は、従来のコントロールユニットの外観を示す斜視図である。同図において、コントロールユニット１００は、電動モータの駆動を制御する回路基板などを箱体状のベース部材１０１内に収容し、該ベース部材１０１の上部開口は、該ベース部材１０１に着脱可能に取り付けられたカバー部材１０２によって被覆されている。また、ベース部材１０１の側面には、バッテリなどの電源にハーネスなどを介して接続される電源コネクタ１０３と、ハーネス等を介して電動モータ、トルクセンサ、車速センサ、イグニションスイッチなどに接続されるモータ電流・各種信号コネクタ１０４とが配設されている。
【０００４】
従来より、このようなコントロールユニット１００を備えた電動パワーステアリング装置では、電動モータや減速機構などで発生した作動振動および作動音がコントロールユニット１００に伝播され、その振動数が金属薄板等により形成されたカバー部材１０２の固有振動数と合致した場合に、カバー部材１０２が共振して大きな異音を生じてしまう、という問題があった。
【０００５】
そこで、かかる課題を解決するものとして、例えば特許文献１には、コントロールユニットのカバー部材（本体カバーおよびサイドカバー）に防振部材を取り付けることにより、コントロールユニットの共振を抑え、異音の低減化を図ったものが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−３３１９４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記特許文献１に開示されるように、カバー部材１０２に単に防振部材を取り付けただけでは、カバー部材１０２の固有振動に対して音圧レベルで数ｄＢ程度の低減しか期待できず、作動振動や異音などに対して十分な減衰効果を得ることはできない、という課題があった。
【０００８】
また、このようなカバー部材１０２の共振を防ぐ別の方法として、カバー部材１０２を肉厚の素材から形成することが考えられるが、これは材料のコストおよび加工性を考慮すると、あまり得策ではなかった。
【０００９】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、電動モータや減速機構などで生じる作動振動がコントロールユニットに伝播されても、該作動振動によるコントロールユニットの共振を十分に抑制することができる制振構造を備えた電動パワーステアリング装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の上記目的は、以下の構成により達成される。
（１）ステアリングホイールに連結されたステアリングシャフトに対して操舵補助力を付与する電動モータと、該電動モータの駆動を制御するコントロールユニットと
を備えた電動パワーステアリング装置であって、
前記コントロールユニットの筐体は、前記電動モータの駆動を制御する回路基板を実装したベース部材と、該ベース部材の開口を被覆するように取り付けられたカバー部材と
からなり、
前記カバー部材は、該カバー部材の振動を制御する圧電素子部を備えていることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
（２）前記圧電素子部は、少なくとも１つのアクチュエータとして機能する圧電素子を有し、
前記圧電素子は、前記電動モータの回転数とトルクから算出した加振周波数と電圧に基づいて、振動を抑制するように駆動される（１）に記載の電動パワーステアリング装置。
（３）前記圧電素子部は、センサとして機能する第１の圧電素子と、アクチュエータとして機能する第２の圧電素子を有し、
前記第２の圧電素子は、前記第１の圧電素子が検出した振動を抑制するように駆動される（１）に記載の電動パワーステアリング装置。
（４）前記圧電素子部は、ねじ締結または接着剤による固定手段によって、前記カバー部材に固定された（１）〜（３）のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。
（５）前記カバー部材は、ねじ締結または接着剤による固定手段によって、前記回路基板に固定された（１）〜（４）のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。
（６）前記圧電素子部を前記カバー部材との間で挟み込む押圧部材を備え、
前記押圧部材は、ねじ締結または接着剤による固定手段によって、前記ベース部材に固定された（１）〜（４）のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。
（７）前記圧電素子部は、固有値解析結果のモード形状の腹に配置される（１）〜（６）のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。
【発明の効果】
【００１１】
上記（１）に記載の電動パワーステアリング装置によれば、コントロールユニットのカバー部材に、制振装置として機能する圧電素子部が設けられ、該圧電素子部の制振機能によって、カバー部材の振動が効果的に制振されるようになっている。この制振構造によれば、重量をほとんど増加させることなく、電動モータや減速機構などで発生した作動音とカバー部材が共振することを十分に防止できる。
【００１２】
また、上記（２）に記載の電動パワーステアリング装置によれば、電動モータや減速機構などで発生した作動音とカバー部材が共振して異音が発生することを防止できる。
【００１３】
また、上記（３）に記載の電動パワーステアリング装置によれば、圧電素子部が、センサとして機能する第１の圧電素子と、アクチュエータとして機能する第２の圧電素子を有することにより、第１の圧電素子が振動を検出し、第２の圧電素子が第１の圧電素子の検出した振動を抑制するように振動することにより、効果的に異音の発生を防止できる。
【００１４】
また、上記（４）に記載の電動パワーステアリング装置によれば、圧電素子部は、ねじ締結または接着剤による固定手段によって、カバー部材に固定されることにより、強固な圧電素子部の固定を実現することができ、これにより、カバー部材の振動が大きい場合などでも、圧電素子部を脱落させることがない。
【００１５】
また、上記（５）に記載の電動パワーステアリング装置によれば、カバー部材がねじ締結または接着剤による固定手段によって回路基板に固定されることにより、振動を抑制することができる。
【００１６】
また、上記（６）に記載の電動パワーステアリング装置によれば、圧電素子部をカバー部材との間で挟み込む押圧部材を備え、押圧部材がねじ締結または接着剤による固定手段によってベース部材に固定されることにより、振動を抑制することができる。
【００１７】
また、上記（７）に記載の電動パワーステアリング装置によれば、より効果的に異音の発生を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施形態に係る電動パワーステアリング装置の概略構成を示す機構図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係るコントロールユニットの外観を示す斜視図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係るコントロールユニットの内部概略構成を示す断面図である。
【図４】本発明の第１実施形態の第１変形例に係るコントロールユニットの外観を示す斜視図である。
【図５】本発明の第１実施形態の第２変形例に係るコントロールユニットの外観を示す斜視図である。
【図６】本発明の第２実施形態に係るコントロールユニットの内部概略構成を示す断面図である。
【図７】本発明の第３実施形態に係るコントロールユニットの内部概略構成を示す断面図である。
【図８】本発明の第４実施形態に係るコントロールユニットの内部概略構成を示す断面図である。
【図９】従来のコントロールユニットの外観を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を参照にしながら本発明の実施形態について説明する。
【００２０】
図１は、本発明の実施形態に係る電動パワーステアリング装置の概略構成を示す機構図である。同図において、電動パワーステアリング装置１の操舵機構は、先端部に取り付けられたステアリングホイール２の操舵操作に応じて回転するステアリングシャフト３と、該ステアリングシャフト３の他端部側にユニバーサルジョイント４、５を介して連結され、ステアリングシャフト３の回転運動をラック軸の直線運動に変換するラック・ピニオン機構６と、該ラック・ピニオン機構６のラック軸の動きを操向車輪に伝達するタイロッド７とから構成されている。
【００２１】
また、電動パワーステアリング装置１のコラム部には、ステアリングホイール２を介してステアリングシャフト３に入力された操舵トルクを検出するトルクセンサ８と、減速機構９を介してステアリングシャフト３に連結された操舵補助用の電動モータ１０とが設けられている。
【００２２】
電動モータ１０の駆動は、制御回路などを搭載したコントロールユニット（ＥＣＵ）１１によって制御される。このコントロールユニット１１には、バッテリ（電源）１２から電力が供給されるとともに、イグニションキー１３からイグニションキー信号が入力される。そして、コントロールユニット１１は、トルクセンサ８で検出された操舵トルク値Ｔと車速センサ１４で検出された車速Ｖとに基づいて、操舵補助指令値Ｉの演算を行い、演算された操舵補助指令値Ｉに応じて電動モータ１０に供給する駆動電流を制御する。
【００２３】
［第１実施形態］
図２は、本発明の第１実施形態に係るコントロールユニットの外観を示す斜視図であり、図３は、その内部概略構成を示す断面図である。
【００２４】
図２に示すように、コントロールユニット１１の筐体１５は、略正方形の底板の四方を側壁に囲まれたベース部材１６と、該ベース部材１６の上部開口を被覆するように取り付けられたカバー部材１７とから構成され、ベース部材１６の側面には、コントロールユニット１１とバッテリ１２とをハーネス等を介して接続するための電源コネクタ１８と、ハーネス等を介してコントロールユニット１１を電動モータ１０、トルクセンサ８、車速センサ１４、イグニションキー１３のイグニションスイッチなどに接続するためのモータ電流・各種信号コネクタ１９が設けられている。カバー部材１７は、材料のコストや加工性などを考慮して比較的薄い金属素材から形成され、嵌合またはボルト締結などによってベース部材１６に着脱可能に取り付けられている。
【００２５】
ベース部材１６の内部には、図３に示すように、電動モータ１０の駆動を制御する素子（駆動素子や制御素子等）２０が実装された回路基板２１が収容されている。この回路基板２１に実装される素子２０の中には発熱性素子が含まれているため、回路基板２１が固定されるベース部材１６には、ヒートシンク（放熱板）としての機能が要求される。したがって、ベース部材１６は、カバー部材１７より肉厚の金属素材から形成されている。
【００２６】
このような構成からなるコントロールユニット１１は、電動モータ１０や減速機構９の作動振動が伝播され易い位置、例えば、ステアリングシャフト３を回転自在に支持するステアリングコラムの一部などに取り付けられている。そのため、本実施形態に係るコントロールユニット１１は、この作動振動により共振する可能性が特に高いカバー部材１７の上面中央部に、該カバー部材１７の振動を抑制する圧電素子部２２を備えている。この圧電素子部２２は、振動を検出するセンサとして機能する圧電素子（第１の圧電素子）２３と、該圧電素子２３とカバー部材１７との間に介在され、センサである圧電素子２３の検出した振動を抑制するように振動するアクチュエータとして機能する圧電素子（第２の圧電素子）２４と、を有し、それぞれ不図示の制御回路に接続されている。圧電素子２４は、接着剤２５を介してカバー部材１７の上面に固定され、かつ、圧電素子２３は、同様の接着剤２６を介して圧電素子２４の上面に固定されている。圧電素子２３は、カバー部材１７の振動を感知し、該振動に対応させて圧電素子２４の振動を調整し、制振する。
【００２７】
図４は、本発明の第１実施形態の第１変形例である。図４に示すように、本実施形態に係るコントロールユニット１１では、センサとして機能する圧電素子２３とアクチュエータとして機能する圧電素子２４が、接着剤（図示省略）を介してカバー部材１７の上面に、並列に固定されている。
【００２８】
図５は、本発明の第１実施形態の第２変形例である。図５に示すように、本実施形態に係るコントロールユニット１１では、圧電素子部２２ａ、２２ｂ、２２ｃが、接着剤（図示省略）を介してカバー部材１７の上面及び対向しない２側面に固定されている。ここで、圧電素子部２２ａは、振動を検出するセンサとして機能する圧電素子２３と、該圧電素子２３とカバー部材１７との間に介在され、アクチュエータとして機能する圧電素子２４と、を有している。また、圧電素子部２２ｂ、２２ｃは、アクチュエータとして機能する圧電素子２４から構成されている。そして、圧電素子部２２ａの圧電素子２４と圧電素子部２２ｂ、２２ｃの圧電素子２４は、圧電素子部２２ａのセンサである圧電素子２３の検出した振動を抑制するように振動する。このような構成により、３次元的な振動の抑制が可能となる。なお、圧電素子部２２ａのセンサとして機能する圧電素子２３とアクチュエータとして機能する圧電素子部２４を並列に固定しても良い。
【００２９】
なお、本実施形態では、カバー部材１７の上面中央部に、センサとして機能する圧電素子２３とアクチュエータとして機能する圧電素子２４が１組ずつ配設されているが、これに限定されず、様々な条件に応じて、カバー部材１７に複数の圧電素子２３、２４を設けて、カバー部材１７の振動に対応するようにしてもよい。また、この圧電素子２３、２４の形状は、矩形状以外の形状、すなわち円形状などでもよく、その大きさも使用目的などに応じて適宜変更され得るものである。
【００３０】
以上のように、本実施形態に係る電動パワーステアリング装置１によれば、電動モータ１０や減速機構９などで生じる作動振動によって共振を発生し易いコントロールユニット１１のカバー部材１７に、センサとして機能する圧電素子２３と、アクチュエータとして機能する圧電素子２４とを有する圧電素子部２２を設けた。これにより、圧電素子２３で各瞬間に感知した振動を基に圧電素子２４がカバー部材１７の振動を抑制するので、カバー部材１７の振動を効果的に、かつリアルタイムで抑制することができ、また複雑な周波数を有する振動にも対応が可能となる。そのため、電動モータ１０や減速機構９などで発生した作動音に、カバー部材１７が共振するのを防止できる。また本実施形態のように接着剤２５で貼り付ける場合、圧電素子は軽いため、重量をほとんど増加させることもなく、またレイアウトも簡単である。この結果、運転手等に伝播する異音を、簡単な制振構造で効果的に防止できる。
【００３１】
［第２実施形態］
図６は、本発明の第２実施形態に係るコントロールユニットの内部概略構成を示す断面図である。なお、同図において、上述した実施形態と同一又は同等部材には同一の符号又は同等の符号を付して、その説明を省略する。
【００３２】
図６に示すように、本実施形態に係るコントロールユニット１１Ａでは、圧電素子部２２Ａがねじ締結による固定手段によってカバー部材１７に固定されているという点で、上述した第１実施形態とは異なる。この固定手段は、センサとして機能する圧電素子２３およびアクチュエータとして機能する圧電素子２４の中心部に穿設されたねじ挿通孔２７と、カバー部材１７の中心部に形成されたねじ穴２８と、ねじ挿通孔２７に挿通され、ねじ穴２８に螺合されるねじ２９Ａとを備えている。
【００３３】
以上のような構成を有する本実施形態に係るコントロールユニット１１Ａよれば、上述した第１実施形態と同様の効果を得られることはもとより、ねじ締結による固定手段で圧電素子部２２Ａをカバー部材１７に固定することによって、より強固な圧電素子部２２Ａの固定を実現することができる。これにより、例えばカバー部材１７の振動が大きい場合などでも、圧電素子部２２Ａを脱落させることなく対応することができる。
【００３４】
［第３実施形態］
図７は、本発明の第３実施形態に係るコントロールユニットの内部概略構成を示す断面図である。なお、同図において、上述した実施形態と同一又は同等部材には同一の符号又は同等の符号を付して、その説明を省略する。
【００３５】
図７に示すように、本実施形態に係るコントロールユニット１１Ｂでは、圧電素子部２２Ｂ、２２Ｂが、接着剤（図示省略）を介してカバー部材１７の上面に並列に固定されている。ここで、各圧電素子部２２Ｂは、振動を検出するセンサとして機能する圧電素子２３と、該圧電素子２３とカバー部材１７との間に介在され、アクチュエータとして機能する圧電素子２４と、を有している。また、ねじ締結による固定手段によってカバー部材１７が回路基板２１Ｂに固定されているという点で、上述した第１実施形態とは異なる。この固定手段は、カバー部材１７の中心部に形成されたねじ穴２８と、回路基板２１Ｂの中心部から上方に突出するように形成された突出部２１Ｂａと、該突出部２１Ｂａの中心部に形成されたねじ穴３０と、ねじ穴２８，３０に螺合されるねじ２９Ｂとを備えている。
【００３６】
以上のような構成を有する本実施形態に係るコントロールユニット１１Ｂによれば、圧電素子部２２Ｂ、２２Ｂを２ヶ所に配設することでより一層厳密な制御が可能となるとともに、ねじ締結による固定手段でカバー部材１７を回路基板２１Ｂの突出部２１Ｂａに固定することによって、振動を抑制することができる。なお、ねじ締結の代わりに接着剤による固定手段でカバー部材１７を回路基板２１Ｂの突出部２１Ｂａに固定してもよい。
【００３７】
［第４実施形態］
図８は、本発明の第４実施形態に係るコントロールユニットの内部概略構成を示す断面図である。なお、同図において、上述した実施形態と同一の部材には同一の符号を付して、その説明を省略する。
【００３８】
図８に示すように、本実施形態に係るコントロールユニット１１Ｃでは、圧電素子部２２Ｃ、２２Ｃが、接着剤（図示省略）を介してカバー部材１７の上面に並列に固定されている。ここで、各圧電素子部２２Ｃは、振動を検出するセンサとして機能する圧電素子２３と、該圧電素子２３とカバー部材１７との間に介在され、アクチュエータとして機能する圧電素子２４と、を有している。また、カバー部材１７との間に圧電素子部２２Ｃ、２２Ｃを挟み込む押圧部材４０が設けられ、押圧部材４０がねじ締結による固定手段によって筐体１５Ｃのベース部材１６Ｃに固定されているという点で、上述した第１実施形態とは異なる。この固定手段は、押圧部材４０の中心部に穿設されたねじ穴４１と、カバー部材１７の中心部に形成されたねじ穴２８と、ベース部材１６Ｃの中心部から上方に突出するように形成された突出部１６Ｃａと、該突出部１６Ｃａの中心部に形成されたねじ穴３１と、ねじ穴４１、２８，３１に螺合されるねじ２９Ｃとを備えている。
【００３９】
以上のような構成を有する本実施形態に係るコントロールユニット１１Ｃによれば、圧電素子部２２Ｃ、２２Ｃを２ヶ所に配設することでより一層厳密な制御が可能となるとともに、ねじ締結による固定手段で押圧部材４０、カバー部材１７をベース部材１６Ｃの突出部１６Ｃａに固定することによって、振動を抑制することができる。なお、ねじ締結の代わりに、他の公知の固定手段でカバー部材１７をベース部材１６Ｃの突出部１６Ｃａに固定してもよい。
【００４０】
以上、本発明の実施形態について具体的に説明してきたが、本発明はこれに限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、上述の実施形態では、圧電素子部２２、２２ａ、２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃとして、センサとして機能する圧電素子２３と、アクチュエータとして機能する圧電素子２４を設け、アクチュエータである圧電素子２４が、センサである圧電素子２３の検出した振動を抑制するように振動する構成としたが、これに限らず、圧電素子部２２として、アクチュエータとして機能する圧電素子２４のみを設けてもよい。このとき、電動モータ１０の回転数と歯数から加振周波数を算出するとともに、電動モータ１０のトルクから振動を制御するのに必要な電圧を算出し、そして算出した加振周波数と電圧に基づき、圧電素子２４は振動を打ち消すように駆動される。これによっても、電動モータ１０や減速機構９などで発生した作動音に、カバー部材１７が共振するのを抑制でき、さらに圧電素子の数を低減することができる。
【００４１】
また、圧電素子部２２、２２ａ、２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃの配設位置は、電動パワーステアリング装置１、又は、カバー部材１７を含むコントロールユニット１１、１１Ａ〜１１Ｃ、又は、電動パワーステアリング装置１にカバー部材１７を含むコントロールユニット１１、１１Ａ〜１１Ｃを取り付けた状態の固有値解析により決定されることが好ましく、固有値解析結果のモード形状の腹に配置することがさらに好ましい。これにより、効果的に振動を抑制することができる。
【００４２】
さらに圧電素子２３、２４は、それぞれ圧電フィルムから構成されても、圧電セラミックから構成されてもよく、公知の圧電素子を用いることができる。
【符号の説明】
【００４３】
１・・・電動パワーステアリング装置
２・・・ステアリングホイール
３・・・ステアリングシャフト
１０・・・電動モータ
１１，１１Ａ〜１１Ｃ・・・コントロールユニット（ＥＣＵ）
１５，１５Ｃ・・・筐体
１６，１６Ｃ・・・ベース部材
１７・・・カバー部材
２１，２１Ｂ・・・回路基板
２２，２２Ａ〜２２Ｃ、２２ａ〜２２ｃ・・・圧電素子部
２３・・・センサとして機能する圧電素子（第１の圧電素子）
２４・・・アクチュエータとして機能する圧電素子（第２の圧電素子）
２５・・・接着剤
２６・・・接着剤
２７・・・ねじ挿通孔
２８・・・ねじ穴
２９Ａ〜２９Ｃ・・・ねじ
３０・・・ねじ穴
３１・・・ねじ穴
４０・・・押圧部材
４１・・・ねじ穴
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2010254074.tif 000009
【図８】
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【図９】
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